时空GIS下的人类聚焦——记武汉大学教授方志祥

关雅雪

方志祥

世界是什么样子的？我们看到的一切，我们所思考的一切，都与地理空间有关。随着云计算、大数据、物联网、人工智能等技术日新月异地持续发展，空间信息技术本身，也在不断借鉴、融合的基础上不断创新。在这一背景之下，时空GIS技术应运而生。

随着社会进程的更替，以人为本的时空GIS逐渐成了大数据时代地理信息科学研究的前沿，并和人类社会的发展及经济、文化、环境、资源等领域的诸多需求产生了密切联系。而武汉大学方志祥教授多年来就将研究聚焦在这一领域中，在与人们生活息息相关的人群动态观测与时空服务、车辆与行人视觉导航研究中不断探索。通过科学研究将时空GIS技术深入到更多领域，做出了多项具有社会价值的科研成果。

机缘巧合入测绘

方志祥与测绘科学的结缘还要追溯到其高中毕业的那个夏天。因为一些特殊原因，与目标院校——武汉理工大学失之交臂的他，来到了焦作工学院测量工程系，阴差阳错与测绘结缘。但不服输的他，从入学的第一天起，就暗暗下定决心，一定要考硕士回到武汉。因此，作为亚洲最强的测绘院校之一的武汉测绘科技大学就成了他的奋斗目标。

功夫不负有心人，1999年方志祥以优异的成绩顺利考入武汉测绘科技大学（现武汉大学），并在这一期间对测量自动化、专题地理信息系统有了深入的理解和深刻的实践。

至此，方志祥的科研奋斗之路仍未停歇。2002年，他顺利进入李清泉教授的团队攻读博士研究生，并在李必军老师的领导下，从事车载激光数据处理，提取建筑物进行三维建模的研究。在研究过程中，由于树木、车辆、路灯等遮挡，激光扫描无法完整覆盖建筑物的整个立面，对研究工作造成了很大挑战。当初还没有电子期刊数据库，只能去图书馆翻阅书籍以及学术期刊，却无从考究。“没有借鉴，就只能自己创新了。”方志祥说。通过不断攻关，他们在融合测量数据处理、计算机图形学等知识基础上，设计并实验了一些数据过滤方法，实现了建筑物平面特征点提取，与李必军老师联合完成并将成果“从激光扫描数据中进行建筑物特征提取研究”发表在《武汉大学学报·信息科学版》上，这也成了方志祥的第一篇学报级学术论文，并在后来得到了众多领域学者的引用。

创新开拓孜孜不倦

方志祥的人生理想一直是与科学研究紧密相连的。2005年7月，他以优异的表现，正式留在了测绘遥感信息工程国家重点实验室当助教，开始了筑梦科研路的新阶段。

从学生正式转变为一名大学教师和科研人，起初方志祥对自己的研究方向感到十分迷茫。在一次契机之下，他有幸结识了来自美国田纳西大学的萧世教授，在国家留学基金委博士后项目的资助下，来到了美国田纳西大学进行研究交流。在那里，他接触到了武汉大学所不具备的外文资料环境，那段时间，他“疯狂”地阅读文献著作，不仅扩大了其科研知识面，更提升了其知识结构中寻找创新点的能力，为他后续的科研工作打下了坚实的理论基础。在此之后，他又于2015年2月—2016年2月再次前往田纳西大学进行研究交流，这两次的科研之旅，均成了方志祥科研成长的见证。

自2008年从美国访学回来之后，方志祥就一直从事行人导航的研究。但是以往的研究基础都是从GIS技术的角度来做，主要注重地图的查询与表达，忽略了如何充分利用人自主的空间认知能力，比如视觉空间感知。基于这个考虑，方志祥开始了行人视觉导航关键技术研究。

12年来，他带领一批又一批的研究生刻苦攻关，创建了基于地标显著性认知的行人视觉导航理论与方法，构建了行人视觉导航“认知-表达-定位-规划-评估”的完整技术链条。在这项技术的支撑下，他们积极展开与企业合作应用，以企业为主体重点支撑了苏州博物馆等智慧博物馆建设以及数字文化遗产信息平台运营；实现了古树名木、生态林管护、森林防火、森林病虫防治、应急维稳等为一体的护林巡山多功能的视觉导航和核查，在浙江省80余个县市区统一推广使用。2018年，其主持的研究项目“复杂室内外环境空间感知的行人视觉导航关键技术与应用”顺利获得了湖北省科技进步奖二等奖。

打破传统地理信息系统的研究限制，实现创新性科研突破，一直是方志祥努力的方向。在他的介绍下，记者了解到：传统测绘地理信息重点关注地理，缺乏与人相关的地理信息表达模型与分析方法；传统城市人群活动获取主要依赖人口普查、交通调查等，尽管数据可靠，但存在周期长、费用高、人工强度大等问题，难以捕捉高时间分辨率、全空间覆盖的城市人群活动动态，难以有效支撑高动态情景下城市功能提升、基础设施优化、交通运营组织优化、公共安全应急等智慧城市应用。基于之前的研究基础，在国家自然科学基金重点项目等项目资助下，方志祥团队与中科院地理所裴韬团队、深圳先进研究院尹凌团队等一起顺利完成了“大数据支持下的城市人群出行活动探测与时空服务关键技术”项目。

在这一项目中，他们针对海量多源、多维空间、多时空分辨率的出行大数据时空建模与分析难点，创建了以人为中心的时空GIS理论与可视化分析方法，克服了传统G I S在“物理-虚拟”集成空间下人群活动建模与分析技术的不足，实现了GIS从地理环境表达到人群活动时空分析的技术跨越。

针对不规则与稀疏采样多源出行大数据的城市出行活动探测难点，他们构建了时空轨迹重构下的城市出行活动空间变化动态定量观测方法，创建了轨迹大数据支持下的城市人群活动识别-功能发现-承载体时空动态的全流程探测方法，突破了复杂城市环境中人群活动探测及其承载体时变特性定量观测等技术难点。研究成果不仅有助于剖析城市病的人群活动要素，还对城市精细化与智能“管、控、服”应用具有重要意义。在他们的不断努力下，这一项目顺利获得了2019年高等学校科学研究优秀成果奖科学技术奖二等奖。

“作为工科背景的专业，我们科研的目的是要推动社会技术进步。”方志祥说。多年来，他们在车载导航电子地图及其软件系统（2002—2007）、视觉导航技术和时空轨迹大数据分析技术等方面的科研成果相继申请了21项专利，目前已经授权10余项，并成功与全国十多家企业展开合作，提升了人们的出行品质、改善了生活环境、提高了精细化时空响应的“管、控、服”能力。

一往无前的科学研究路

“不知道自己下一步要做什么，才是我最慌张的。”方志祥借用萧世教授的话如此说。十多年的科研人生路上，他也曾经历了无数的挫折与压力，而这些经历也让他真正体会到了“坚持”的意义和价值。

如今作为博士生导师，方志祥也想将自己的人生及科研经验，传授给更多的学生们。在方志祥看来，研究生阶段，学生们初接触科学研究，最需要的就是明确自己要做什么的能力，这个能力的培养，需要学会综合取舍，能够自己去修剪枝叶，留下树干。通过饱读文献，跟踪技术发展，明确什么是未来的前沿方向。除此之外，他还希望学生们无论是对科研还是生活都要有梦想，将每一次的挫折和打击，当做自我修正的完美机会，要始终相信坚持的意义和能量。

因为喜欢，所以乐此不疲。如今，方志祥主持的国家自然科学基金面上项目以及参与的2项国家重点研发计划项目也在有条不紊地进行当中。对于未来的规划，方志祥坦言还将把自己的科研方向放在智能导航与精准服务中。在智能导航研究中，他还将围绕行人、(无人)车辆、(无人)船舶、飞机等，重点做好地理空间中的导航信息与人的空间认知能力间无缝对接，达到智能化感知、敏捷地理解现实与恰当反应等状态。在精准服务研究中，围绕人群的时空需求，重点做好人群动态感知、资源配置优化、空间组织决策等方面工作，努力达到可持续、友好型的人群生存环境。研究之路任重而道远，方志祥早已准备就绪。